CN215414057U - 一种改进型主动式红外双波长测温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种改进型主动式红外双波长测温装置，主要包括：信号光纤、激光发生器、激光稳定器、恒温光阑、斩波器、激光功率计、凸透镜、滤光片、准直透镜组、接收器和放大器等。该装置可获得比现有主动式双波长测温装置更加稳定的光源，结合激光功率计的应用，有利于提高测量的精度；通过恒温光阑的应用，使得多次测量过程中激光发生器均处于稳定工作状态，有利于提高测量速度。

Description

一种改进型主动式红外双波长测温装置

技术领域

本实用新型涉及辐射测温技术领域，尤其涉及一种改进型主动式红外双波长测温装置。

背景技术

基于主动式激光的双波长测温技术可有效实现免发射率条件下的表面温度测量，受到国内外的持续关注。在温度测量中，激光器的功率稳定性对于测量结果有着显著的影响，但是现有测量方法对激光功率的关注不够，也未采取具体措施减少激光功率的波动的影响，激光器在实际工作输出过程中，激光器出口的功率会发生变化，影响测量的准确性。

因此，亟需要提高激光的稳定性以满足实际的测量需求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种改进型主动式红外双波长测温装置，以解决激光功率的稳定性对测量结果的影响，并提高测量速度。

为了实现上述目的，本实用新型引入激光功率稳定器，通过反馈的方式，将激光器出口的功率波动性抚平，然后再利用斩波器进行调制。本实用新型提供了提供一种改进型主动式红外双波长测温装置，其包括：

第一激光发生器与第二激光发生器，分别用于产生第一和第二波长激光；

第一激光功率稳定器，其用于降低第一激光发生器出口激光功率的波动；

第二激光功率稳定器，其用于降低第二激光发生器出口激光功率的波动；

第一分光纤，其用于传递第一激光发生器发出的调制激光信号；

第二分光纤，其用于传递第二激光发生器发出的调制激光信号；

第一功率分光纤，其通过第一光纤合束器连接到第一分光纤，用于传递所述第一激光发生器的部分激光信号至激光功率计；第二功率分光纤，其通过第二光纤合束器连接到第二分光纤，用于传递所述第二激光发生器的部分激光信号至激光功率计，所述激光功率计用于测量激光束实时功率；

第三分光纤，其用于传递第一接收器所需的探测信号；

第四分光纤，其用于传递第二接收器所需的探测信号；

光纤总线，通过第三光纤合束器将第一至第四分光纤进行连接，其用于传递探测信号和调制激光；

第一接收器和第二接收器，分别用于将第一和第二波长的探测光信号转化成电信号；

显示仪表，第一电信号和第二电信号经放大器之后进入所述显示仪表, 所述显示仪表对目标面的温度值并进行显示。

其中，所述光纤总线的纤芯直径为2-400微米，采用高折射率的导光材料制成。

其中，所述激光功率计测量范围10mW-5000mW，具备两个以上的光纤接口。

其中，所述第一至第四分光纤、第一和第二功率分光纤，其纤芯直径为 10-400微米，采用高折射率的导光材料制成。

其中，进一步包括斩波器，其用于将对应光路的激光调制成所需频率，所述斩波器配置电控部件，用于改变调制激光的频率。

其中，进一步包括恒温光阑，其用于吸收对应光路非调制状态下的激光热能，所述恒温光阑配置降温部件，用于在吸收激光热能的同时保持温度恒定。

其中，所述第一激光发生器和第二激光发射器分别用于产生第一和第二波长激光，功率范围1-10W，具备光纤输出功能。

其中，所述第一激光功率稳定器和第二激光功率稳定器的激光功率范围在100mW-10000mW，具备光纤输入和输出功能，用于降低激光发生器出口激光的功率波动。

其中，所述第二激光功率稳定器的激光功率范围在100mW-10000mW，具备光纤输入和输出功能，用于降低激光发生器出口激光的功率波动。

其中，所述滤光片的中心波长范围800-3000nm，带宽范围在1-50nm之间，配置降温附属部件。

由上述本实用新型的一种改进型主动式红外双波长测温装置的技术方案可以看出，本实用新型的核心组成主要包括：激光功率计、信号光纤、激光发生器、激光功率稳定器、恒温光阑、斩波器、凸透镜、准直透镜组、滤光片、信号接收器和数显仪表。通过激光功率稳定器，可显著抑制激光功率的波动性；通过恒温光阑的实验，使得多次测量过程中激光器均处于稳定工作状态；通过增加激光功率实时测量模块，使得改装置具备功率方面的修正能力。

本实用新型提供一种具有光纤接口的滤光片探测系统，通过多个功能模块的有机结合，可提高装置整体的稳定性，也提升了测量的速度。

本实用新型考虑到激光器工作的特点，引入了恒温光阑，用于在非调制时间内切断对应光路的激光信号并吸收来自激光的热能，使得激光器本身在多次测量过程中一直处于稳定工作状态，提高测量稳定性的同时也显著减少了单次测温所需时间。加入了激光功率测量模块，使得该装置的具备功率修正功能，进一步提高测量的准确性。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的改进型主动式红外双波长测温装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/ 或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明。

实施例

图1为本实用新型的改进型主动式红外双波长测温装置的结构示意图。

如图1所示，所述改进型主动式红外双波长测温装置包括：

第一激光发生器1，用于产生第一波长红外激光(简称“第一激光”)；第一激光功率稳定器2，用于抚平第一波长红外激光的稳定性，所述第一激光功率稳定器2与所述第一激光发生器1相配合连接；第一准直透镜组3，其用于将第一激光功率稳定器2出口的发散光调整为平行光并进一步将平行光汇聚，其中所述第一准直透镜组3包括，第一恒温光阑4，用于在非调制时间段吸收来自第一激光的热能；第一斩波器5，用于调制第一激光，获得相应的调制频率；第一分光纤6，用于传递调制后的第一激光；第一光纤合束器7，用于连接第一分光纤6和第一功率分光纤8；其中，第一分光纤8，用于传递一部分第一激光进行功率测量；

第二激光发生器17，用于产生第二波长红外激光(简称“第二激光”)；第二激光功率稳定器16，用于抚平第二激光的稳定性；所述第二激光功率稳定器16与所述第二激光发生器17相配合连接；第二准直透镜组15，用于将发散的第二激光调整为平行光并进一步将平行光汇聚；所述第二准直透镜组15包括第二恒温光阑14，用于在非调制时间段吸收来自第二激光的热能；以及第二斩波器13，所述第二斩波器13用于调制第二激光，获得相应的调制频率；第二分光纤11，用于传递调制后的第二激光；第二光纤合束器12，用于连接第二功率分光纤10和第二分光纤11；第二分光纤10，用于传递一部分第二激光进行功率测量；

所述第一激光发生器和第二激光发生器分别用于产生第一和第二波长激光，功率范围1-10W，具备光纤输出功能。所述第一激光功率稳定器适用激光功率范围100mW-10000mW，具备光纤输入和输出功能，用于降低激光发生器1出口激光的功率波动。所述第二激光功率稳定器适用激光功率范围100 mW-10000mW，具备光纤输入和输出功能，用于降低激光发生器出口激光的功率波动。第一滤光片和第二滤光片的中心波长范围800-3000nm，带宽范围在 1-50nm之间，配置降温附属部件。

激光功率计9，用于测量所述第一分光纤8中的第一激光的激光功率和所述第二分光纤10中的第二激光的激光功率；所述激光功率计测量范围10mW-5000 mW，具备两个以上的光纤接口。

第三光纤合束器18，用于连接光纤总线19和第一至第四分光纤；光纤总线 19，用于传递探测信号和调制激光；凸透镜20，用于传递探测信号和调制激光的聚焦；目标面21，为探测对象的目标表面；第三分光纤22，用于传递来自目标面21的探测信号；第三准直透镜组25，用于将第三分光纤22出口的发散光调整为平行光并进一步将平行光汇聚；所述第三准直透镜组25中包括有第一滤光片23，用于产生中波长为第一波长的单色光；第一接收器24，用于将接收到的第一波长单色光信号转换为电信号；第四分光纤26，用于传递来自目标面的探测信号；第四准直透镜组27，用于将第四分光纤26出口的发散光调整为平行光并进一步将平行光汇聚；所述第四准直透镜组27包括有第二滤光片27，用于产生中波长为第二波长的单色光；第二接收器29，用于将接收到的第二波长单色光信号转换为电信号；放大器30，用于将第一接收器24和第二接收器29输出的电信号进行放大；显示仪表31，用于将电信号转换成温度值并进行显示。

所述光纤总线、第一至第四分光纤、第一和第二功率分光纤，其纤芯直径为10-400微米，采用高折射率的导光材料制成；所述斩波器配置电控部件，用于改变调制激光的频率；所述恒温光阑配置降温部件，用于在吸收激光热能的同时保持温度恒定；

对所述改进型主动式红外双波长测温装置的工作流程进行如下说明：

首先，开启第一激光发生器1与第二激光发射器17，关闭第一恒温光阑4和第二恒温光阑14，此时第一和第二激光发生器发出的激光被第一和第二恒温光阑吸收。

之后，开启第一恒温光阑4,第一激光经第一激光功率稳定器2以后获得更加稳定的功率并经第一准直透镜组3变为平行光，经过开启状态的恒温光阑4以后，经第一斩波器5进行调制以获得相应的调制频率。调制后的第一激光经第一准直透镜组3汇聚后进入第一分光纤6，此后，一部分激光经过第一光纤合束器7后进入第一功率分光纤8，然后进入激光功率计9进行功率测量，一部分经过第三光纤合束器18后进入光纤总线19，并经过凸透镜20汇聚后作用于目标面21，使其产生交变温升信号。

目标面的交变温升所对应的第一辐射信号经透镜20后进入光纤总线19，经第三光纤合束器18后进入第四分光纤26，经过第四准直透镜组28后变成平行光，经第二滤光片27后变为中心波长为第二波长的单色光，第二波长的单色光出第四准直透镜组28后作用于第二接收器29，产生第一电信号。

其后，关闭第一恒温光阑4，开启第二恒温光阑14。第二激光经第二激光功率稳定器16以后获得更加稳定的功率并经第二准直透镜组15变为平行光，经过开启状态的恒温光阑14以后，经第二斩波器13进行调制以获得相应的调制频率。调制后的第二激光经第二准直透镜组3汇聚后进入第二分光纤11，一部分第二激光经过第二光纤合束器12后进入第一功率分光纤10，然后进入激光功率计9进行功率测量，另一部分经过第三光纤合束器18后进入光纤总线19，并经过凸透镜20汇聚后作用于目标面21，使其产生交变温升信号。

目标面的交变温升所对应的第二辐射信号经透镜20后进入光纤总线19，经第三光纤合束器18后进入第三分光纤22，经过第三准直透镜组25后变成平行光，经第一滤光片23后变为中心波长为第一波长的单色光，第一波长的单色光出第三准直透镜组25后作用于第二接收器24，产生第二电信号。

第一电信号和第二电信号经放大器30之后进入显示仪表31,显示仪表31结合第一和第二电信号转换得到目标面21的温度值并进行显示。

重复以上步骤，即可进行多次目标面21的温度测量。

本实用新型提供了一种改进型主动式红外双波长测温装置，主要包括：信号光纤、激光发生器、激光稳定器、恒温光阑、斩波器、激光功率计、凸透镜、滤光片、准直透镜组、接收器和放大器。该装置可获得比现有主动式双波长测温装置更加稳定的光源，结合激光功率计的应用，有利于提高测量的精度；通过恒温光阑的应用，使得多次测量过程中激光发生器均处于稳定工作状态，有利于提高测量速度。

本领域技术人员应能理解上述的应用类型仅为举例，其他现有的或今后可能出现的应用类型如可适用于本实用新型实施例，也应包含在本实用新型保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。

本领域技术人员应能理解，图1仅为简明起见而示出的各类元件的数量可能小于一个实际系统中的数量，但这种省略无疑是以不会影响对实用新型实施例进行清楚、充分的公开为前提的。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种改进型主动式红外双波长测温装置，其包括：

第一激光发生器与第二激光发生器，分别用于产生第一和第二波长激光；

第一激光功率稳定器，其用于降低第一激光发生器出口激光功率的波动；

第二激光功率稳定器，其用于降低第二激光发生器出口激光功率的波动；其特征在于：

第一分光纤，其用于传递第一激光发生器发出的调制激光信号；

第二分光纤，其用于传递第二激光发生器发出的调制激光信号；

第一功率分光纤，其通过第一光纤合束器连接到第一分光纤，用于传递所述第一激光发生器的部分激光信号至激光功率计；第二功率分光纤，其通过第二光纤合束器连接到第二分光纤，用于传递所述第二激光发生器的部分激光信号至激光功率计，所述激光功率计用于测量激光束实时功率；

第三分光纤，其用于传递第一接收器所需的探测信号；

第四分光纤，其用于传递第二接收器所需的探测信号；

光纤总线，通过第三光纤合束器将第一至第四分光纤进行连接，其用于传递探测信号和调制激光；

第一接收器和第二接收器，分别用于将第一和第二波长的探测光信号转化成电信号；

显示仪表，第一电信号和第二电信号经放大器之后进入所述显示仪表，所述显示仪表对目标面的温度值并进行显示。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光纤总线的纤芯直径为2-400微米，采用高折射率的导光材料制成。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光功率计测量范围10mW-5000mW，具备两个以上的光纤接口。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一至第四分光纤、第一和第二功率分光纤，其纤芯直径为10-400微米，采用高折射率的导光材料制成。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括斩波器，其用于将对应光路的激光调制成所需频率，所述斩波器配置电控部件，用于改变调制激光的频率。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括恒温光阑，其用于吸收对应光路非调制状态下的激光热能，所述恒温光阑配置降温部件，用于在吸收激光热能的同时保持温度恒定。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一激光发生器和第二激光发射器分别用于产生第一和第二波长激光，功率范围1-10W，具备光纤输出功能。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一激光功率稳定器和第二激光功率稳定器的激光功率范围在100mW-10000mW，具备光纤输入和输出功能，用于降低激光发生器出口激光的功率波动。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二激光功率稳定器的激光功率范围在100mW-10000mW，具备光纤输入和输出功能，用于降低激光发生器出口激光的功率波动。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括有滤光片，所述滤光片的中心波长范围800-3000nm，带宽范围在1-50nm之间，配置降温附属部件。

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